电力系统及电缆原理

中压电力产品销售人员基础技术培训课程Copyright©3M2008.AllRightsReserved.电力系统及电缆基础2Copyright©3M2008.AllRightsReserved.典型电力系统的组成配电电缆线路：35kV,20kV,10kV发电厂（火力、水力、风电等）降压变电站用户侧：380V及220V升压变电站配电架空线路：35kV,20kV,10kV输电电缆线路：110kV及以上电压等级输电架空线路：110kV及以上电压等级电力系统一般由发电、输电、变电、配电及用户组成。500kV、330kV、220kV、110kV为输电电压等级，35kV、20kV、10kV为中压配电电压等级，380V、220V为低压配电电压等级。3Copyright©3M2008.AllRightsReserved.发电中国目前的发电厂主要为火力发电和水力发电两种，也包括新兴能源如风力和核能发电。电厂发出电能的出口电压为6-35kV等级，通过就地的升压变压器升至110kV或更高电压送至远方。电厂内部特别是火电厂有较多的厂用电设备，电压等级一般为6kV或10kV。3M中压冷缩电缆附件主要应用于电厂内厂用电设备供电，升压变电站和集电线的中压电缆上。火力发电水力发电风力发电核能发电4Copyright©3M2008.AllRightsReserved.输电输电是指将电能从电源点通过较长距离输送至用电的负荷中心。输电的电压等级一般为110kV级以上等级。根据我国各级电压输送能力统计，220kV输电线路输送容量为100～500MW,传输距离为100～300km;110kV输电线路输送容量为10～50MW，传输距离为50～100km。传统的输电网络一般使用架空线路，现在，高压电缆已经较普遍地应用于110kV及以上电压等级，即需要使用高压电缆附件。高压输电架空线5Copyright©3M2008.AllRightsReserved.配电线路：电缆、架空线(裸导线/绝缘架空线)配电变压器：油浸式变压器/干式变压器开关设备：开关柜/环网柜/电缆分支箱、柱上开关、环网柜等配电是指将电能从降压变电站分配到各负荷片区。我国城市配网以10kV电压等级为主，大型重工业较多采用35kV电压等级。在少数城市仍保留35kV配电等级电压，20kV电压等级是未来城市配电电压等级的发展方向。6Copyright©3M2008.AllRightsReserved.冷缩式电缆附件在配电网中的应用配电网（6-35kV）采用电缆进行电能传输已越来越普遍，是3M中压电缆附件的主要应用场合和主要市场，以下为一些典型的应用。电缆户外终端电缆户内终端电缆中间接头可插拔式终端主要用于电缆与架空线路、户外布置的变压器连接。主要用于电缆与空气绝缘开关柜、母排、户内变压器、电机的连接。主要用于电缆之间的接续。主要用于电缆与充气式环网开关柜的连接。7Copyright©3M2008.AllRightsReserved.1.导体2.导体屏蔽3.主绝缘6.护套4.&5.绝缘屏蔽(4)外半导电层(5)铜带屏蔽屏蔽电缆的基本结构以上为单芯中压屏蔽电缆的典型结构。中、高压电缆与一般低压电缆的主要区别是其完善的屏蔽结构，即具有导体屏蔽和绝缘屏蔽两层屏蔽结构，这两层屏蔽层与电缆附件的关系非常密切。8Copyright©3M2008.AllRightsReserved.中压电缆的基本类型以上为几种常见电缆的类型，在中国城市中压配网系统中，最常见的是三芯铜带屏蔽钢带铠装型交联聚乙烯电缆；工业供配电系统中也经常采用单芯电缆，特别是35kV单芯电缆。采用单芯电缆时，由于其感应电压及铠装类型的影响，需要根据实际情况采取合适的接地方式。单芯铜带屏蔽电缆单芯铜丝屏蔽电缆单芯钢丝（铝丝）铠装电缆单芯不锈钢铠装电缆单芯铅包油纸绝缘电缆三芯铜带屏蔽铠装电缆9Copyright©3M2008.AllRightsReserved.中、高压电缆的适用电压等级一般用U0/U来表示，例如8.7/10kV；U0:指的是电缆设计用的导体与屏蔽或金属套之间的额定工频电压，即电缆主绝缘承受的电压，即相电压；U:指的是电缆任意两相导体之间的额定工频电压，即线电压；有时也会提到Um，它指的是设备最高电压（使用设备的系统最高电压的最大值），如10kV系统的最高电压一般为12kV。下表为中压系统的电压等级，其中在中国最常用的是10kV和35kV等级121210.60.61517.58.71233.61.83.62024121867.23.6635422126101268.7U0U0UUmUUm单位：（kV）注：U0按系统接地故障持续时间不同分为两类，具体分类如下：1类用于单相接地故障时间每一次一般不大于1min的系统。2类用于接地故障时间更长的系统，对电缆绝缘性能要求较高的场合，中国电缆系统普遍采用2类U0中压电缆系统的电压等级规定10Copyright©3M2008.AllRightsReserved.10kV10kV10kV相对相8.7kV相对地8.7kV8.7kVABC8.7/10kV电压等级示意以上为U0/U=8.7/10kV电压等级的电缆示意。可看出8.7kV即电缆绝缘厚上需要承受的电压（相电压），10kV即两相之间的电压（线电压）。11Copyright©3M2008.AllRightsReserved.代号：铜导体：（T）省略铝导体：LPVC绝缘或内护套VPE绝缘或内护套YXLPE绝缘YJ铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装PVC护套电力电缆，额定电压为26/35kV,3芯，标称截面240mm2，表示为：YJLV22-26/35-3×240注：以交联聚乙烯塑料绝缘电力电缆为例外护层代号：标记铠装层外护套0无----2双钢带PVC外套3细圆钢丝PE外套4粗圆钢丝电缆的型号–中国GB表示方法12Copyright©3M2008.AllRightsReserved.1.铜导体：--应用较广泛，特别是供电系统--抗拉强度较高，运行稳定--高的导电率，相同截面是铝的1.3倍--价格较贵2.铝导体：--由于铜价较高，现在开始在一些地方使用--重量较铜轻，不抗拉--导电率较低--延伸系数大于铜导体类型13Copyright©3M2008.AllRightsReserved.内半导电层（导体屏蔽层）导体屏蔽层也叫做内半导电层，它是由半导电材料紧密包裹在导线外并与绝缘内表面紧密结合而形成的屏蔽结构。导体屏蔽层形成一个法拉利笼（导电的屏蔽体），并有效填充导体和绝缘之间气隙，防止导体间的气隙放电。下方左图为无导体屏蔽的电缆运行情况，导体和绝缘间的气隙在电场作用下产生放电，并会加速绝缘老化、劣化。右图由于有内半导电层有效屏蔽和填充，无放电现象。无导体屏蔽局部放电有导体屏蔽导体屏蔽（内半导电层）屏蔽层之一：导体屏蔽的结构和作用14Copyright©3M2008.AllRightsReserved.主绝缘绝缘类型PILC（油浸纸）XLPE（交联聚乙烯）EPR（乙丙橡胶）EPR*（耐热乙丙橡胶）工作温度80℃90℃90℃105℃应急温度95℃130℃130℃140℃主绝缘层的类型和特点PILC绝缘较早开始使用，现在已基本退出运行，缺点是耐温较低，安装电缆附件不方便。XLPE绝缘是目前中高压电缆使用最多的类型，优点是耐温性能和机械性能俱佳，载流量大，电缆附件安装方便。缺点是容易产生水树枝状老化。EPR及EPR*绝缘一般应用于工业设备的电缆上，如矿用软电缆，船用电缆等，优点是较柔软，弯曲半径较小。15Copyright©3M2008.AllRightsReserved.外半导电层屏蔽层之二：绝缘屏蔽层的结构和作用1.外半导电层绝缘屏蔽层一般由两层结构共同构成，一层是和导体紧密结合的外半导电层结构，另一层是绕包或布置在外半导电层外的金属屏蔽层。外半导电层在生产时与电缆主绝缘共同挤出，与电缆绝缘之间几乎无气隙。外半导电层与绝缘结合得越紧密，层间气隙越少越不容易放电，电缆性能越好。外半导电屏蔽层一般通过外层的金属屏蔽去接地，使整个绝缘屏蔽处于零电位，有效将电场限制在其内部。当安装电缆附件时，要开剥一定长度的外半导电层，以保证足够的高低电位电气距离。16Copyright©3M2008.AllRightsReserved.屏蔽层之二：绝缘屏蔽层的结构和作用2.金属屏蔽层金属屏蔽层是绝缘屏蔽的外层，一般是由搭叠绕包的铜带或螺旋径向布置的铜丝构成。金属屏蔽层必须接地，三芯电缆一般两端接地，单芯电缆根据电缆线路的情况采取合理的接地方式。同时，金属屏蔽层还有以下作用：减少碰撞损坏的概率电缆短路时提供短路电流路径提供中性线路径在安装中间接头时，要通过铜屏蔽网套将两侧电缆的金属屏蔽层恢复连通状态。金属屏蔽层17Copyright©3M2008.AllRightsReserved.可能在此放电电力线电缆沟或管井（接地）电场集中处屏蔽层之二：绝缘屏蔽层的作用下图为没有绝缘屏蔽层的中高压电缆的运行情况。由于电场没有屏蔽层的限制，电力线结束于电缆外的接地处。电力线可能集中于局部范围内，此处电场较强，容易产生放电现象。18Copyright©3M2008.AllRightsReserved.电力线被限制在绝缘内部绝缘屏蔽层屏蔽层之二：绝缘屏蔽层的作用下图为有绝缘屏蔽层结构的中高压电缆运行情况。绝缘屏蔽层通过金属屏蔽有效接地，处于零电位，电缆内径向分布的电力线结束于绝缘屏蔽层处，电场被有效限制在电缆内部。同时分布非常均匀，不会产生局部电场强度集中、容易放电的情况。19Copyright©3M2008.AllRightsReserved.护套常用材料：塑料（PVC-聚氯乙烯、PE-聚乙烯）橡胶（氯丁橡胶等）铅电缆护套层的作用主要有两个：防水及机械保护。一些特殊的场合，如地铁，需要用到低烟无卤阻燃的护套层。PVC及PE是中压电缆最常用的护套材料。橡胶护套比较耐磨，一般可用于矿用移动电缆等场合。铅包护套一般用于PILC油纸绝缘电缆上。护套护套层的类型和特点